(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線Ａに対して同心状に配置されており、各々インペラーベーン（１）、タービンベーン（２）、およびリアクタベーン（３）が設けられているインペラー（Ｉ）と、タービン（Ｔ）と、リアクタ（Ｒ）とを備え、各ベーンは、内側縁部（１１；２１；３１）と、外側縁部（１２；２２；３２）と、後縁部（１３；２３；３３）と、前縁部（１４；２４；３４）とによって構成されており、
前記タービンベーン（２）の組は、このタービンベーンが回転する間、タービンの包絡面（５２）を構成し、この包絡面（５２）は、前記タービンベーンの回転中に、前記タービンベーン（２）のうちの内側縁部（２１）、後縁部（２３）、および前縁部（２４）によってそれぞれ構成されるタービンの内側表面（６２）と、タービンの後方表面（８２）と、タービンの前方表面（９２）とを備え、
前記インペラーベーン（１）の組は、このインペラーベーンが回転する間、インペラーの包絡面（５１）を構成し、前記包絡面（５１）は、前記タービンベーンの回転中に、前記インペラーベーン（１）のうちの内側縁部（１１）、後縁部（１３）、および前縁部（１４）によってそれぞれ構成されるインペラーの内側表面（６１）と、インペラーの後方表面（８１）と、インペラーの前方表面（９１）とを備え、
前記リアクタベーン（３）の組は、このリアクタベーンが回転する間、リアクタの包絡面（５３）を構成し、前記包絡面（５３）は、前記リアクタベーンの回転中に、前記リアクタベーン（３）のうちの内側縁部（３１）、後縁部（３３）、および前縁部（３４）によってそれぞれ構成されるリアクタの内側表面（６３）と、リアクタの後方表面（８３）と、リアクタの前方表面（９３）とを備え、
前記タービン、インペラー、およびリアクタの前記内側表面は、共に内側コアの包絡面を構成し、
前記インペラーの後方表面（８１）は、前記タービンの前方表面（９２）から軸方向外側に距離ｄ１だけ離間しており、前記タービンの後方表面（８２）は、前記リアクタの前方表面（９３）から軸方向内側に距離ｄ２だけ離間しており、前記軸方向外側距離と前記軸方向内側距離とは、互いに最も接近する対向ポイントにおける当該表面の間の軸方向最小距離にそれぞれ対応している、流体トルクコンバータであって、
前記距離の比ｄ２／ｄ１は、１.４以下であり、前記リアクタは、少なくとも１つの前記リアクタベーン（３）を備えており、前記リアクタベーン（３）の縁部（３１，３３，３４）は、回転中に前記リアクタベーン（３）が占める最大容積を構成する前記リアクタの包絡面（５３）を実質的に形成するようになっており、前記リアクタベーン（３）の前縁部（３４）は、回転中に前記リアクタの前方表面（９３）を構成して、前記タービンの後方表面（８２）に接近するようになっており、もって前記リアクタベーン（３）は、「縁部接近型」リアクタベーンとされていることを特徴とする流体トルクコンバータ。
【請求項２】
前記距離の比であるｄ２／ｄ１は、１.１以下であることを特徴とする、請求項１に記載の流体トルクコンバータ。
【請求項３】
前記距離の比であるｄ２／ｄ１は、０.６以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載の流体トルクコンバータ。
【請求項４】
前記距離の比であるｄ２／ｄ１は、０.９以上であることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の流体トルクコンバータ。
【請求項５】
複数の前記「縁部接近型」リアクタベーンを含むことを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の流体トルクコンバータ。
【請求項６】
前記リアクタの周辺に規則的な状態で分布する複数の前記「縁部接近型」リアクタベーンを備えることを特徴とする、請求項５に記載の流体トルクコンバータ。
【請求項７】
前記「縁部接近型」リアクタベーンと、これの前縁部より前記タービンの後縁部から遠くなるように形成された前縁部を有するリアクタベーンとが交互に配置されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の流体トルクコンバータ。
【請求項８】
前記リアクタベーンのすべては、前記「縁部接近型」リアクタベーンであることを特徴とする、請求項５又は６に記載の流体トルクコンバータ。
【請求項９】
請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の流体トルクコンバータを備えることを特徴とする自動車用自動変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体トルクコンバータに関し、より詳細には、自動変速機用に使用される流体トルクコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、米国特許第5,168,702号の図１には、流体力学的クラッチとして自動車の分野で使用されるトルクコンバータが開示されている。このトルクコンバータは、
・エンジン（図示せず）に結合された入力シャフトＭによって駆動され、１組のインペラーベーン１を備え、かつ軸線Ａを有するインペラーＩと、
・出力シャフトＳを駆動し、前記インペラーベーン１の組に対向する、１組のタービンベーン２を備え、かつ軸線Ａを有するタービンＴと、
・前記軸線Ａを中心としてフリーホイールに取り付けられ、前記タービンベーンの組と前記インペラーベーンの組との間に位置する１組のリアクタベーン３を有するリアクタＲとを備えている。ここで、「フリーホイールに取り付けられ」という表現は、前記リアクタが、軸線Ａを中心として一方向にしか回転できないことを意味し、反対の方向を「ロックされた方向」と呼ぶ。
【０００３】
インペラーベーン１、タービンベーン２、リアクタベーン３は、それぞれ内側縁１１；２１；３１、外側縁１２；２２；３２、後縁１３；２３；３３、および前縁１４；２４；３４を有し、タービンベーン２１とリアクタベーン３１は、軸線Ａを中心とするこれらのベーンの回転中に、軸線Ａを中心とする回転体４０の内側コアを構成している。
【０００４】
これらベーンのアセンブリは、シールされたハウジング内に配置されており、シールされたハウジングには、粘性指標は小さいが、高密度である一定量の流体、一般にはオイルが入れられている。コンバータの場合、このシールされたハウジングは、前記流体によって完全に満たされている。
【０００５】
流体トルクコンバータは、自動車が徐々にスタートできるようにすると共に、タービンの回転速度とインペラーの回転速度との比ｉが小さいとき、例えば０.５より小さいとき、好ましくは０.２より小さいときに、トルクを増大させるようになっている。
【０００６】
これら回転速度の比ｉは、
ｉ＝ＮT／ＮI
と定義される。
【０００７】
ここで、ＮTおよびＮIは、それぞれ、１分当たりの回転数を単位とするタービンの回転速度、およびインペラーの回転速度を示す。
【０００８】
エンジンがアイドリング状態にあるとき、インペラーはエンジンと同じ速度で回転し、タービンは若干のスラスト力を受けるが、リアクタは回転しない。  
【０００９】
エンジンが加速するが、自動車が停止状態のままであるか、または移動し始めるとき、インペラーの回転運動は、回転体４０の内側コアを中心とする、矢印Ｆ１が示す螺旋運動をオイルに伝える。次に前記タービンは、オイルの流れを受け、オイルの運動エネルギーの大部分は、タービンに伝えられる。次にタービンは、出力シャフトにトルクを伝え、出力シャフトを回転させる。
【００１０】
リアクタは、タービンからのオイルの流れを好ましい角度で受け、リアクタベーン２を強制的にロック方向に移動させる。リアクタは、この流れをインペラーベーン２の背面に、バランスのとれた状態で送る。従って、インペラーベーン２の背面は、リアクタから誘導された流体を受け、インペラーは、この流体を再びタービンへ伝え、タービンのトルクが増大する。このステップは、コンバータフェーズと称される。好ましいことであるが、流体トルクコンバータは、コンバータフェーズ中に、エンジンのトルクを１以上の倍率で増大させる。従って、タービンのトルクは、インペラーのトルク以上となる。
【００１１】
タービンの回転速度が徐々に増加し、インペラーの速度に接近すると、オイルの流れは、異なる角度でリアクタの方向に送られる。リアクタは、リアクタベーン２の延長部内でオイルの流れを受け始め、次に、タービンがインペラーと実質的に同じ速度で回転すると、リアクタベーン２の背面で、オイルの流れを受け始める。リアクタベーン２の背面は、フリーホイールの自由方向にリアクタを共に駆動する流体を受ける。従って、リアクタは、軸線Ａを中心として回転することができ、次にタービンおよびインペラーと実質的に同じ速度で回転させる。
【００１２】
一般に、作動フェーズを２つの作動フェーズ、すなわち、０〜０.８のレンジ内にある比ｉに広く対応するコンバータフェーズと称されるフェーズと、クラッチにロックされたときのレンジ０.８〜１にある比ｉに広く対応する継手フェーズとに区別できる。      
【００１３】
トルク変換が終了すると、流体トルクコンバータは、単なる流体継手として作動する。
【００１４】
この流体トルクコンバータを使用すると、次のような利点が得られる。
・機械式クラッチを用いた場合よりも、漸増性およびフレキシビリティが良好となる。
・ギア切り替えの頻度が少なくなる。
・エンジンおよび変速機の機械的要素の寿命が長くなる。
【００１５】
トルクコンバータでは、そのトルク比は、次のように定義される。
ＴＲ＝ＣT／ＣP
ＣTは、タービンのトルクであり、ＣPは、インペラーのトルクである。トルクコンバータのトルク比は、上記のように定義される回転速度の比ｉを関数として変化する。
【００１６】
流体トルクコンバータのトルク容量ＭPは、インペラーが１０００ｒｐｍ-1で回転するときに、インペラーによって吸収されるトルク（単位Ｎｍ）として定められる。この流体トルクコンバータのトルク容量は、上記のように定義される速度の比ｉに応じて決まる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
コンバータのトルク容量は、エンジンのトルク特性に応じて選択される。トルク容量がエンジントルクに対して過度に大きい場合、自動車がスタートするときに、エンジンの回転速度は十分には増加せず、自動車はスムーズに発進しない。逆に、トルクコンバータのトルク容量がエンジントルクと比較して過度に小さい場合、エンジンは空回り状態となり、自動車は期待される加速性能を発揮しない。
【００１８】
従来、流体トルクコンバータは、高トルク比または高トルク容量のいずれかを有することが知られている。すなわち、コンバータがシェルによって構成されている回転体の内側コアを含むとき、容積が固定された場合にトルク容量が増加すれば、トルク比は減少する。例えば日本国公開特許出願第JP05-296344号に記載されているように、回転体の内側コアを有しないコンバータの場合、トルク比の増加に伴い、トルク容量が減少する。
【００１９】
従って、最低トルク比を維持しながら、容積が固定された状態で、トルクコンバータのトルク容量を高めたいというニーズが存在する。
【００２０】
本発明の目的は、このニーズを満たすことにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、
軸線Ａに対して同心状に配置されており、各々インペラーベーン１、タービンベーン２、およびリアクタベーン３が設けられているインペラーＩと、タービンＴと、リアクタＲとを備え、各ベーンは、内側縁部１１；２１；３１と、外側縁部１２；２２；３２と、後縁部１３；２３；３３と、前縁部１４；２４；３４とによって構成されており、
前記タービンベーン２の組は、タービンベーンが回転する間、タービンの包絡面５２を構成し、前記包絡面５２は、前記タービンベーンの回転中に、前記タービンベーン２のうちの内側縁部２１、後縁部２３および前縁部２４によってそれぞれ構成されるタービンの内側表面６２と、タービンの後方表面８２と、タービンの前方表面９２とを備え、
前記インペラー１の組は、インペラーが回転する間、インペラーの包絡面５１を構成し、前記包絡面５１は、前記タービンの回転中に、前記インペラー１のうちの内側縁部１１、後縁部１３および前縁部１４によってそれぞれ構成されるインペラーの内側表面６１と、インペラーの後方表面８１と、インペラーの前方表面９１とを備え、
前記リアクタベーン３の組は、リアクタベーンが回転する間、リアクタの包絡面５３を構成し、前記包絡面５３は、前記リアクタベーンの回転中に、前記リアクタベーン３のうちの内側縁部３１、後縁部３３および前縁部３４によってそれぞれ構成されるリアクタの内側表面６３と、リアクタの後方表面８３と、タービンの前方表面９３とを備え、
前記タービン、インペラー、およびリアクタの前記表面は、共に内側コアの包絡面を構成し、
前記インペラーの後方表面８１は、前記タービンの前方表面９２から軸方向外側に距離ｄ１だけ離間しており、前記タービンの後方表面８２は、前記リアクタの前方表面９３から軸方向内側に距離ｄ２だけ離間しており、前記軸方向外側距離と前記軸方向内側距離とは、互いに最も接近する対向ポイントにおける当該表面の間の軸方向最小距離にそれぞれ対応している、自動車用流体トルクコンバータであって、
前記流体トルクコンバータは、距離の比ｄ２／ｄ１が１.４以下であり、前記リアクタは、少なくとも１つのリアクタベーン３を備えており、リアクタベーン３の縁部（３１，３３，３４）は、回転中にリアクタベーン３が占める最大容積を構成するリアクタの包絡面５３を実質的に形成するようになっており、このリアクタベーン３の前縁部３４は、回転中に前記リアクタの前方表面９３を構成して、タービンの後方表面８２に接近するようになっており、もって前記リアクタベーン３は、「縁部接近型」リアクタベーンとされていることを特徴とする、流体トルクコンバータを提供するものである。
【００２２】
本発明者たちは、リアクタベーンの前縁部を、タービンベーンの後縁部に接近させると、意外にも、満足できるトルク比を維持しながら、トルクコンバータのトルク容量を大幅に増大できることを発見した。
【００２３】
トルクコンバータのサイズ、およびタービン並びにインペラーの可撓性から、タービンとインペラーとの間の間隔ｄ１が得られる。この間隔は、作動フェーズにもかかわらず、タービンベーンとインペラーベーンとが全く接触しないような大きさとなっている（トルクの増大（０＜ｉ＜０.８）中のコンバータフェーズでは、インペラーの後縁部とタービンの前縁部とは互いに接近している）。この寸法上の基準は、主にトルクコンバータの幾何学的形状および剛性にリンクしていることが好ましく、コンバータの性能に大きくリンクしないことが望ましい。
【００２４】
パラメータ研究（有限要素計算）により、リアクタの前縁部をタービンの後縁部に接近させると、トルクコンバータのトルク容量を増加できることが実証された。このようなｄ２／ｄ１の比を使用することにより、本発明によれば、好都合にも、このような接近とトルクコンバータの全体の寸法とが無関係になるという特性が得られる。更に、このような比は、部品が変形するときのリアクタに対するタービンの接近を考慮できることを意味する。（コンバータフェーズ中の）トルク増大中に、インペラーの後縁部がタービンの前縁部に接近すると、タービンの後縁部もリアクタの前縁部に接近する。ｄ２／ｄ１の比の下限は、タービンの後縁部とリアクタの前縁部の間の最小の間隙ｄ２も考慮したものである。
【００２５】
本発明のトルクコンバータは、複数の「縁部接近型」リアクタベーンを備えていることが望ましい。前記ベーンはリアクタの周辺に規則的に分布させていることが好ましい。リアクタベーンの組、すなわちすべてのリアクタベーンが縁部接近型であるのが望ましい。本発明のトルクコンバータは、「縁部接近型」リアクタベーンと、これの前縁部よりタービンの後縁部から遠くなるように形成された前縁部を有するリアクタベーンとが交互に配置された構成を有していてもよい。
【００２６】
最後に、本発明は、上記本発明に係わる流体トルクコンバータを備えることを特徴とする自動車用自動変速機にも関する。
以下の説明および添付図面を検討すれば、本発明の上記以外の特徴および利点が明らかとなると思う。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】明瞭化のために、一部のベーンの図示を省略した、従来の流体トルクコンバータの部分斜視図を示す。
【図２】本発明に係わる流体トルクコンバータの一部を高度に簡略化した図である。
【図３】本発明に係わる流体トルクコンバータ内のベーンからなるインペラー、タービン、およびリアクタの包絡面を高度に簡略化した図である。
【図４】本発明に係わる流体トルクコンバータのトルク容量Ｍpと、従来の流体トルクコンバータのトルク容量Ｍpとを比較したシミュレーションの結果を示す。
【図５】本発明に係わる流体トルクコンバータのトルク比ＴＲと、従来の流体トルクコンバータのトルク比ＴＲとを比較したシミュレーションの結果を示す。
【図６】ｄ２／ｄ１の比を関数とする、本発明の流体トルクコンバータのストール時のトルク容量（ここではｉ＝０）を生じるシミュレーションの結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、図２を参照する。この図２は、本発明に係わる流体トルクコンバータのインペラーベーン１と、タービンベーン２と、リアクタベーン３とを、高度に簡略化した状態で示している。  
【００２９】
各インペラーベーン１は、内側縁部１１と、外側縁部１２と、後縁部１３と、前縁部１４を有している。
【００３０】
各タービンベーン２は、内側縁部２１と、外側縁部２２と、後縁部２３と、前縁部２４とを有している。
【００３１】
各リアクタベーン３は、内側縁部３１と、外側縁部３２と、後縁部３３と、前縁部３４とを有している。
【００３２】
インペラー、タービン、およびリアクタベーンの内側縁部は、これらの軸線Ａを中心とする回転中に、軸線Ａを中心とする回転体４０の内側コアを構成している。
【００３３】
次に図３を参照する。インペラーベーン、リアクタベーン、およびタービンベーンは、それらが回転する間、それぞれインペラーの包絡面５１、タービンの包絡面５２、およびリアクタの包絡面５３を構成する。
【００３４】
「インペラーの包絡面、タービンの包絡面およびリアクタの包絡面」なる用語は、軸線Ａを中心とするこれらの回転中に、それぞれインペラー、タービンおよびリアクタベーンが占める最大容積を構成する表面を意味する。
【００３５】
更に「縁部接近型」リアクタベーンなる用語は、これらベーンの回転中に前縁部がリアクタの包絡面における前方表面を実質的に形成するリアクタベーンを意味する。このリアクタは、前縁部が、「縁部接近型」ベーンの前縁部よりもタービンの後縁部から、遠くなっているベーンも含むことができる。このようなベーンの縁部は、回転中にリアクタの包絡面を形成することはない。
【００３６】
前記タービンの包絡面５２は、タービンベーンの組が回転中にこれらタービンベーンの内側縁部、外側縁部、後縁部および前縁部によってそれぞれ構成されるタービンの内側表面６２と、タービンの外側表面７２と、タービンの後方表面８２と、タービンの前方表面９２とを含んでいる。
【００３７】
前記インペラーの包絡面５１は、インペラーベーンの組が、回転中にこれらインペラーベーンの内側縁部、外側縁部、後縁部、および前縁部によってそれぞれ構成されるインペラーの内側表面６１と、インペラーの外側表面７１と、インペラーの後方表面８１と、インペラーの前方表面９１を含んでいる。
【００３８】
前記リアクタの包絡面５３は、リアクタベーンの組が、回転中にこれらリアクタベーンの内側縁部、外側縁部、後縁部および前縁部によってそれぞれ構成されるリアクタの内側表面６３と、リアクタの外側表面７３と、リアクタの後方表面８３と、リアクタの前方表面９３を含んでいる。
【００３９】
軸方向距離ｄ１は、互いに接近している前記対向表面のポイントにおける、インペラーの後方表面８１とタービンの前方表面９２との間のトルクコンバータの軸線Ａに沿う最小距離である。
【００４０】
同様に、軸方向距離ｄ２は、互いに接近している前記対向表面のポイントにおける、タービンの後方表面８２とリアクタの前方表面９３との間のトルクコンバータの軸線Ａに沿う距離である。
【００４１】
本発明によれば、距離の比ｄ２／ｄ１は、１.４以下、好ましくは１.１以下であり、かつ好ましくは０.６以上、より好ましくは０.９以上である。距離ｄ２／ｄ１の比は、ほぼ１であることが好ましい。
【００４２】
本発明によるｄ２／ｄ１の上記の範囲は、図６から分かるように、最大トルク容量を得るためのゾーンを定めるのが好ましい。ｄ２／ｄ１の最小値を超えると、流体が剪断され、トルク容量は低下し、ｄ２／ｄ１の最大値を超えると、トルク容量は低下する。
【００４３】
このような構成により、トルク比を満足できるレベルに維持しながら、トルク容量を高めることができることが分かった。
【００４４】
従って、図６は、ｄ２／ｄ１の比の関数として、（ｉ＝０のとき）本発明の流体トルクコンバータのストール時のトルク容量Ｍｐを与えるシミュレーションの結果を示している。このことから、本発明に係わるｄ２／ｄ１のレンジが分かる。
【００４５】
図４は、速度比が０〜０.８の場合の３つのタイプの流体トルクコンバータにおけるシミュレートされたトルク容量Ｍｐを示す。曲線１０１は、従来の流体トルクコンバータに対応するので、「縁部接近型」リアクタベーンは有していない。曲線１０２は、リアクタベーンのすべてが「縁部接近型」であり、この「縁部接近型」ベーンにおける距離の比ｄ２／ｄ１が０.６１である流体トルクコンバータに対応し、曲線１０３は、「縁部接近型」リアクタベーンと、これの前縁部よりタービンの後縁部から遠くなるように形成された前縁部を有するリアクタベーンとが交互に配置されており、この「縁部接近型」ベーンでの距離の比ｄ２／ｄ１が０.６１となっている流体トルクコンバータに対応している。図４および図５における距離のかかる比ｄ２／ｄ１は、ｄ２／ｄ１の提案されたレンジ内にある。かかる一定の比では、リアクタにおける２つの可能な構造の影響を予測できる。
【００４６】
従来の流体トルクコンバータに対し、本発明の流体トルクコンバータによれば、４０％までのトルク容量の改善が見られる。
【００４７】
次に図５を参照し、図４と同じ３つの流体トルクコンバータにおけるシミュレートされたトルク比ＴＲを検討する。
【００４８】
これら３つのタイプの流体トルクコンバータの間で、トルク比が極めて類似していることが観察される。
【００４９】
従って、本発明のトルクコンバータは、高いトルク容量と、従来のトルクコンバータのトルク比に近いトルク比を有する。
【００５０】
本発明は、説明のための非限定的な例と、図示した実施形態だけに限定されるものではなく、特に「縁部接近型」リアクタの分布を変えることができる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｉ  インペラー
Ｔ  タービン
Ｒ  リアクタ
Ｍ  入力シャフト
Ｓ  出力シャフト
１  インペラーベーン
２  タービンベーン
３  リアクタベーン
１１、２１、 ３１  内側縁部
１２、２２、 ３２  外側縁部
１３、２３、３３  後縁部
１４、２４、３４  前縁部
５１、５２、５３  包絡面
６１、６２、６３  内側表面
７１、７２、７３  外側表面
８１、８２、８３  後方表面
９１、９２、９３  前方表面
【図１】
0005563311.tif 000002
【図２】
0005563311.tif 000003
【図３】
0005563311.tif 000004
【図４】
0005563311.tif 000005
【図５】
0005563311.tif 000006
【図６】
0005563311.tif 000007